崔 凱 朱 鵬 諶文武 吳國(guó)鵬 李 和 顧 鑫

（①蘭州理工大學(xué)西部土木工程防災(zāi)減災(zāi)教育部工程中心，蘭州730050，中國(guó)）

（②蘭州大學(xué)西部災(zāi)害與環(huán)境力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州730000，中國(guó)）

0 引 言

賀蘭口巖畫以表現(xiàn)形式豐富、分布區(qū)域集中和文化內(nèi)涵深厚而聞名于世，自溝口至水關(guān)處兩側(cè)溝壁坡腳就分布有巖畫660幅（崔凱，2019），而且如今作為重點(diǎn)文物保護(hù)單位和國(guó)家4A級(jí)景區(qū)，游客棧道均沿坡腳布設(shè)。然而溝道兩岸山體陡峻，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)破碎（李建偉等，2010），加之該區(qū)域常突發(fā)暴雨、多有強(qiáng)風(fēng)、巖羊等動(dòng)物覓食踩踏等不確定因素，導(dǎo)致常有孤石滾落砸損坡腳處巖畫和堆積游覽棧道的事件發(fā)生。相較于其他山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害，落石災(zāi)害具有隨機(jī)性、隱蔽性、突發(fā)性、高破壞性等特點(diǎn)（胡厚田，2005），其對(duì)坡腳處的巖畫和游人構(gòu)成嚴(yán)重威脅。鑒于此，正確認(rèn)識(shí)和合理防治落石災(zāi)害成為賀蘭口巖畫保護(hù)和游客安全保障亟待解決的問題。

國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者對(duì)不同地區(qū)和類型的落石災(zāi)害的發(fā)育機(jī)理、運(yùn)動(dòng)參數(shù)以及防治措施開展了大量的研究工作。早期胡厚田（2005）、陳洪凱等（2015）、裴向軍等（2011）、唐紅梅等（2019）、蘇生瑞等（2019）以Hertz的彈性碰撞理論和恢復(fù)系數(shù)理論為研究基礎(chǔ)，對(duì)崩塌落石穩(wěn)定性的檢驗(yàn)方法、恢復(fù)系數(shù)計(jì)算、落石沖擊力等進(jìn)行研究，提出了崩塌落石危害程度綜合預(yù)測(cè)方法。楊志法等（2019）、王學(xué)良等（2018）通過從具體落石災(zāi)害事件切入，通過落石災(zāi)害識(shí)別、落石運(yùn)動(dòng)路徑等方面的研究，得到不同崩塌災(zāi)害識(shí)別方法和預(yù)防治理措施。唐紅梅等（2016）、陳洪凱等（2015）、蘇勝忠（2011）、Bourrier et al.（2012）通過現(xiàn)場(chǎng)落石災(zāi)害，利用崩塌落石數(shù)值計(jì)算和模擬研究，獲取了崩塌落石的運(yùn)動(dòng)軌跡方程、落石災(zāi) 害 預(yù) 測(cè)。Marchelli et al.（2019）、Carlàet al.（2019）、Yilmaz et al.（2008）研究了巖石崩落過程中巖石破碎大小分布與源區(qū)和坡面的關(guān)系、使用雷達(dá)以及落石模擬軟件，得到一種準(zhǔn)確預(yù)測(cè)落石災(zāi)害和指導(dǎo)治理落石災(zāi)害的系統(tǒng)理論和軟件。胡卸文等（2019），葉四橋等（2008）通過探討攔石墻動(dòng)力響應(yīng)、攔石墻實(shí)際應(yīng)用、攔石墻設(shè)計(jì)參數(shù)等分別研究了攔石墻在落石災(zāi)害治理的應(yīng)用。汪敏等（2011）通過探討主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的力學(xué)性能、承載能力、設(shè)計(jì)參數(shù)等分別研究了主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)在巖質(zhì)邊坡的落石災(zāi)害治理的應(yīng)用。然而賀蘭口落石的賦存環(huán)境和發(fā)育特征具有自身特點(diǎn)，有關(guān)于其運(yùn)動(dòng)規(guī)律和演化機(jī)制的研究尚未開展，并且由于出自文物保護(hù)角度對(duì)于環(huán)境風(fēng)貌和國(guó)家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物巖羊生存環(huán)境的嚴(yán)格要求，主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、攔石墻、谷坊等落石防治措施在巖畫賦存區(qū)域被限制使用；因此，對(duì)正確認(rèn)識(shí)賀蘭口落石災(zāi)害發(fā)育機(jī)理和合理防治提出了新的要求。

基于此，本次研究以工程地質(zhì)測(cè)繪和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查為手段，在對(duì)賀蘭口自溝口至水關(guān)處兩側(cè)山體落石數(shù)量、分布、體積、形狀、巖性和運(yùn)動(dòng)剖面等發(fā)育特征統(tǒng)計(jì)與分析的基礎(chǔ)上，采用數(shù)值軟件對(duì)溝內(nèi)落石在邊坡上的運(yùn)動(dòng)軌跡、彈跳高度、沖擊能量等進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得出落石運(yùn)動(dòng)可能對(duì)巖畫和游人造成的危害程度。鑒于所有落石對(duì)巖畫和游客均存在較大威脅且文物保護(hù)區(qū)風(fēng)貌對(duì)工程措施有嚴(yán)格要求的原因，“先破碎后人工清理”是適合該區(qū)域源頭治理孤石的最佳選擇。因此本次研究在現(xiàn)場(chǎng)選擇典型性落石開展了不同水劑比、布孔方式和間排距的靜態(tài)破碎實(shí)驗(yàn)和應(yīng)變監(jiān)測(cè)，得出該地區(qū)孤石治理靜態(tài)破碎方法的優(yōu)化布置方案，為賀蘭口巖畫保護(hù)區(qū)落石災(zāi)害的源頭治理辦法提供有益思考。

1 孤石發(fā)育特征

1.1 孤石成因、數(shù)量與分布

賀蘭口溝兩岸山體平均坡度大、地勢(shì)高、起伏度大，溝口附近山體相對(duì)狹窄，地層巖性主要是由中生界三疊系中統(tǒng)的二馬營(yíng)階下部淺灰色、紫紅色、淺灰綠色巨厚層至厚層變質(zhì)砂巖和全新世沖洪積物構(gòu)成，其中溝口至水關(guān)處兩側(cè)山體主要以薄層狀和巨厚層淺灰綠色變質(zhì)砂巖呈互層狀出露（雷啟云等，2015）。巖層產(chǎn)狀為SW235°∠35°～60°，產(chǎn)狀分別為SE165°∠40°～55°和SE110°∠50°～70°的兩組節(jié)理高度發(fā)育。由于差異性風(fēng)化作用的影響，薄層狀變質(zhì)砂巖出露處內(nèi)凹形成臨空面（圖1a），層面與兩組節(jié)理切割巨厚層砂巖失穩(wěn)后堆積于坡面形成孤石主要來源（圖1b）。

本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)溝口至水關(guān)處兩側(cè)山體上共發(fā)現(xiàn)有34處散落分布于巖畫分布區(qū)的正上方穩(wěn)定性差、危害大的孤石。其中北岸共分布有20處，分布高程為1425.5～1469im，分布數(shù)量沿溝道進(jìn)深增加逐漸減少；南岸共分布有14處，分布高程為1420.3～1443im，數(shù)量分布特點(diǎn)同左岸一致。孤石整體分布呈現(xiàn)北岸多于南岸、溝口多于溝內(nèi)、隨高程增大數(shù)量增多的特點(diǎn)，具體分布情況見圖2。

1.2 孤石幾何特征

圖1 孤石形成圖Fig.1 The formation of potential rockfalls

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)34處孤石的幾何特征如表1所示：（1）體積分布在1～5im3的孤石占總數(shù)的41%，平均體積為3.35im3，體積分布在5～10im3的孤石占總數(shù)的26%，平均體積為6.92im3，體積分布在10im3以上的孤石占總數(shù)的33%，平均體積為19.5im3；（2）距離地面高度分布在0～5im的孤石占總數(shù)的15%，分布在5～10im的孤石占總數(shù)的44%，分布在10～15im的孤石占總數(shù)的18%，分布在15im以上的孤石占總數(shù)的23%；（3）形狀為近球體的孤石占總數(shù)23%，形狀為長(zhǎng)柱的孤石占總數(shù)50%，形狀為扁平體的孤石占總數(shù)27%；（4）按照孤石所處坡剖面覆蓋物類型和起伏度，可將其劃分為3種類型，即裸露基巖型、孤石帶型和坡面泥石流溝型（葉唐進(jìn)等，2019）。

圖2 孤石分布圖Fig.2 The distribution of potential rockfalls

表1 孤石幾何特征表Table 1 The geometric feature of rockfall

三類孤石的剖面具有如下特征：（1）裸露基巖型孤石所處剖面自上而下可劃分為3個(gè)特征段，分別為落石段、坡積物覆蓋段和基巖段，坡體巖性主要為變質(zhì)砂巖，大部分基巖裸露；此類剖面坡體起伏度變化大，坡體上緩下陡，坡腳處幾乎直立，共有9處孤石可能滾落軌跡位于此類剖面；（2）孤石帶型孤石所處剖面可自上而下劃分為3個(gè)特征段，分別為落石段、坡積物覆蓋段和植被覆蓋段，溝內(nèi)大小孤石堆滿溝道，部分區(qū)域分布有少量植被，該處孤石帶由于沒有土等松散堆積物填充孤石空隙，孤石穩(wěn)定性極差，稍有擾動(dòng)就可能發(fā)生滾落，形成落石；此類坡面起伏度介于其他兩種類型坡面之間，坡度較陡，共有13處孤石可能滾落軌跡位于此類剖面；（3）坡面泥石流溝型孤石所處剖面可劃分為3個(gè)特征段，分別為落石段、坡積物覆蓋段和植被覆蓋段，坡面上游和兩側(cè)崖壁被多組節(jié)理面切割，分布有大量孤石，整個(gè)坡面堆積有大量碎石和土，坡面中下部生長(zhǎng)有大量植物；坡面平均坡度最小，起伏度最小，共有12處孤石可能滾落軌跡位于此類剖面。

2 落石災(zāi)害危害分析

由以上對(duì)34處孤石發(fā)育特征的調(diào)查結(jié)果可知，34處全部位于巖畫和游客棧道正上方的位置，而且具有體積大、落距大和運(yùn)動(dòng)剖面復(fù)雜的總體特征，一旦失穩(wěn)必將對(duì)巖畫、游人和設(shè)施造成巨大危害。因此，非常有必要從落石的落點(diǎn)位置和能量變化角度對(duì)落石的危害程度與等級(jí)開展研究。落石運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)能量的研究方法主要有歷史落石事件調(diào)查、落石實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬。由于賀蘭口巖畫保護(hù)區(qū)山體底部分布有大量的巖畫，現(xiàn)場(chǎng)落石實(shí)驗(yàn)無法開展，而該地區(qū)歷史落石事件資料不足，且調(diào)查研究方法主觀因素會(huì)影響研究準(zhǔn)確性，因此本次研究采用Rocfall軟件對(duì)調(diào)查出34處孤石進(jìn)行落石危害性模擬研究。

2.1 模擬特征剖面參數(shù)確定

本次模擬使用的特征剖面參數(shù)由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)得到：

（1）坡面粗糙度采取輪廓線伸長(zhǎng)率法，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定特征剖面兩頂點(diǎn)的直線距離L和坡面長(zhǎng)度L0，利用下述公式計(jì)算得出：

（2）恢復(fù)性系數(shù)取值采取現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)系數(shù)實(shí)驗(yàn)（圖3），在3種不同類型孤石所處剖面特征段，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用佳能6D相機(jī)配合百諾A550F云臺(tái)拍攝落石掉落、碰撞至多次反彈靜止全過程的高清視頻，對(duì)視頻使用Adobe公司的Premire軟件進(jìn)行分析，對(duì)于掉落過程超慢速回放，逐幀處理后可以根據(jù)參照物計(jì)算不同時(shí)間落石運(yùn)動(dòng)位移和速度，根據(jù)不同方向的位移和速度反算坡面碰撞恢復(fù)性系數(shù)，得出3種不同類型孤石滾落選取特征剖面特征段恢復(fù)系數(shù)（葉四橋等，2018）。不同坡面性質(zhì)具有不同的碰撞恢復(fù)系數(shù)，大量實(shí)踐表明落石碰撞的法向恢復(fù)系數(shù)在0.2～0.5之間，切向恢復(fù)系數(shù)在0.4～0.9之間。邊坡坡面基巖出露，取大值；坡面為沒有植被覆蓋或有少量植被覆蓋的礫巖或硬土?xí)r，取中間值；坡面為松散殘積土或黏土?xí)r，取小值（呂慶等，2003）。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)性系數(shù)試驗(yàn)得到坡面參數(shù)表（表2），其余剖面特征段參數(shù)取值參考該表。

圖3 滑坡體坡度分布圖Fig.3 Angle slope distribution map of landslides

表2 分段坡面參數(shù)表Table 2 Parameters of different parts at rockfall-slope

2.2 模擬結(jié)果

對(duì)34塊孤石分別進(jìn)行100次模擬落石實(shí)驗(yàn)。得出滾落落點(diǎn)和能量分布結(jié)果（表3），而且不同類型的孤石滾落過程和能量分布具有如下特征：（1）裸露基巖型孤石運(yùn)動(dòng)過程中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)大部分為彈跳，基本沒有滾動(dòng)和滑動(dòng)；彈跳高度在坡積物覆蓋段變低，墜落至坡腳游客棧道后仍有彈跳運(yùn)動(dòng)。彈跳落點(diǎn)81%～95%概率位于巖畫賦存區(qū)，模擬落石在該區(qū)域的能量為321～7451ikJ；落石最終在游客棧道彈跳數(shù)次后能量變?yōu)?，停留在游客棧道處，棧道處能量為331～7116ikJ（圖4a）。（2）孤石帶型孤石運(yùn)動(dòng)過程中起始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為彈跳，在植被覆蓋段開始轉(zhuǎn)為滾動(dòng)和滑動(dòng)，坡度變大后恢復(fù)為彈跳運(yùn)動(dòng)。其中30%～50%的落石最終落點(diǎn)在坡體巖畫賦存區(qū)以上，其余落石彈跳落點(diǎn)52%～72%位于巖畫賦存區(qū)，落石在該區(qū)域能量為341～8412ikJ，并且同一塊落石存在多個(gè)彈跳落點(diǎn)位于巖畫賦存區(qū)，落石在游客棧道處能量為434～7698ikJ（圖4b）。（3）泥石流溝型落石運(yùn)動(dòng)過程中起始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以滾動(dòng)和滑動(dòng)為主，直到坡底坡角變大時(shí)才轉(zhuǎn)為彈跳。70%～92%落石最終落點(diǎn)在游客棧道或者更遠(yuǎn)，且彈跳落點(diǎn)68%～89%位于巖畫賦存區(qū)，落石在該區(qū)域的能量為301～7841ikJ，在游客棧道處能量為299～7378ikJ（圖4c）。在孤石失穩(wěn)滾落過程中，和巖石坡面發(fā)生碰撞時(shí)，由于該地區(qū)巖石力學(xué)性質(zhì)較好，抗壓強(qiáng)度可達(dá)180iMPa，其碰撞破裂速度閾值較高，因此模擬中暫未考慮碰撞破裂效應(yīng)（呂慶等，2017）。

表3 34處孤石滾落模擬結(jié)果Table 3 Simulation results of thirty-four rockfalls

圖4 不同類型落石軌跡模擬圖Fig.4 Simulation diagram of different rockfall trajectories

由以上對(duì)34處孤石的滾落過程和能量變化模擬結(jié)果的分析可知：（1）任意一種類型的孤石，彈跳落點(diǎn)有52%～95%的概率在巖畫賦存區(qū)，所具有能量為301～8412ikJ。（2）任意一種類型的孤石，最終落點(diǎn)有51%～95%的概率在游客棧道，所具有能量為299～7698ikJ。由此可見，全部類型孤石都會(huì)威脅到巖畫、游客和設(shè)施，且落石都具有高動(dòng)能的特點(diǎn)，會(huì)對(duì)巖畫、游客和道路產(chǎn)生巨大破壞。因此亟須對(duì)孤石采取必要的治理措施。

3 孤石靜態(tài)破碎實(shí)驗(yàn)

由于賀蘭山巖畫保護(hù)區(qū)是我國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位且對(duì)環(huán)境風(fēng)貌要求嚴(yán)格，因此坡中設(shè)置谷坊、坡底設(shè)置攔石墻、架設(shè)主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)和被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)等方法被限制使用。雖然不同類型的孤石運(yùn)動(dòng)路徑有差異，但最終落點(diǎn)都嚴(yán)重威脅巖畫和游客安全，因此人工清理孤石是適合該區(qū)域孤石源頭治理的最佳方案。但研究區(qū)賦存孤石體積大，所處坡面坡度大，導(dǎo)致人工清理不僅難度大，且安全性不高。機(jī)械破碎、炸藥爆破會(huì)對(duì)巖畫載體產(chǎn)生不同程度的擾動(dòng)，而靜態(tài)破碎劑因其污染小、無震動(dòng)、無飛石的特點(diǎn)更適用于文物區(qū)孤石破碎處理。但靜態(tài)破碎劑的破碎效果受制于破碎巖體的巖性、當(dāng)?shù)販囟葰夂蛱卣鞯纫蛩兀虼诵枰F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行破碎劑布置方案優(yōu)化試驗(yàn)，對(duì)破碎劑布置的布孔方式、水灰比、藥量等布置參數(shù)進(jìn)行遴選，得出適用于該地區(qū)的破碎劑布置方案。

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)選擇已經(jīng)滾落于溝底的孤石體積和上述34處孤石中優(yōu)勢(shì)體積相近的8塊孤石布置不同組方案平行對(duì)照實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)共分3步進(jìn)行：第1步共設(shè)定3組不同水劑比（0.28、0.32、0.36），采用同樣的布孔方式（圖5a、圖5b），觀測(cè)其破碎時(shí)間、效果和膨脹壓力變化，得出最優(yōu)水劑比；第2步進(jìn)行平行布孔和梅花布孔的布孔方式對(duì)比（圖5c、圖5d），采用第1步得出的水劑比，對(duì)比破碎時(shí)間、碎石體積和破碎劑用量結(jié)果，得出最優(yōu)布孔方式；第3步得到最優(yōu)水劑比和布孔方式后，設(shè)計(jì)間排距和抵抗線對(duì)比實(shí)驗(yàn)，布置3組不同的間排距和抵抗線（A組間排距20icm抵抗線20icm；B組間排距20icm抵抗線25icm；C組間排距25icm抵抗線25icm），分別對(duì)破碎過程中應(yīng)變變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)（圖5e、圖5f），最后依據(jù)應(yīng)變變化結(jié)果和破碎后體積對(duì)比后得出最終布置方案（戴銀所，2015）。

圖5 破碎劑實(shí)驗(yàn)過程圖Fig.5 The experimental process of static crushing agent

3.2 實(shí)驗(yàn)方法與材料

實(shí)驗(yàn)靜態(tài)破碎劑選用東科建材生產(chǎn)的HSCA－Ⅱ型，該破碎劑適用溫度為10～25i℃，12ih內(nèi)可產(chǎn)生大于45iMPa的膨脹壓力。應(yīng)變監(jiān)測(cè)設(shè)備采用東華測(cè)試生產(chǎn)的DH3816N靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集箱可以通過USB口和筆記本計(jì)算機(jī)通訊；采集用應(yīng)變片為定制120－100AA混凝土應(yīng)變片，該應(yīng)變片室溫應(yīng)變極限為20i000iμm·m－1。稱重使用量程50ikg的手提式電子秤。

膨脹壓力監(jiān)測(cè)是在鉆孔周圍布置應(yīng)變片，監(jiān)測(cè)裂隙產(chǎn)生前應(yīng)變變化，配合巖石彈性模量監(jiān)測(cè)破壞前膨脹應(yīng)力變化。應(yīng)變監(jiān)測(cè)主要分為以下幾步：（1）依次選定合適的試塊按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)測(cè)設(shè)備布置，在試塊上表面指定位置粘貼電阻應(yīng)變片，用于監(jiān)測(cè)破碎過程應(yīng)變變化；（2）布置完監(jiān)測(cè)設(shè)備以后進(jìn)行破碎劑灌注，灌注時(shí)應(yīng)該注意破碎劑漿液應(yīng)保證隨用隨配，灌漿時(shí)間少于5imin；（3）灌注完成后立刻進(jìn)行應(yīng)變連續(xù)監(jiān)測(cè)；（4）等待石塊完全破碎后對(duì)破碎的石塊進(jìn)行稱重，對(duì)比破碎后碎石質(zhì)量、應(yīng)變變化，對(duì)最佳方案進(jìn)行遴選。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.3.1 水劑比的影響

如圖6所示，不同水劑比的靜態(tài)破碎劑實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：（1）三種水劑比中從灌入開始凝固到產(chǎn)生膨脹，再到開始產(chǎn)生裂縫，最后完全破碎所用時(shí)間為0.28最短，0.32次之，0.36最長(zhǎng)；可灌入難易程度為0.36最優(yōu)，0.32次之，0.28最差（圖6a）。（2）不同水劑比破碎后碎石最大質(zhì)量分別為0.28水劑比產(chǎn)生最大碎石質(zhì)量6.9ikg，0.32水劑比為11.9ikg，0.36水劑比為19.7ikg。（3）不同水劑比膨脹壓力曲線隨時(shí)間的變化趨勢(shì)是一致的，大約分為3個(gè)階段：初期壓力緩慢增長(zhǎng)階段、隨著水化反應(yīng)進(jìn)行壓力快速增長(zhǎng)階段和后期壓力穩(wěn)定階段（圖6b）。鑒于破碎劑灌入時(shí)間嚴(yán)格控制在10imin以內(nèi)，灌入度差會(huì)影響破碎效果，治理要求應(yīng)該盡可能快地完成破碎且破碎后不能有體積過大碎石（人工斜坡搬運(yùn)極限為15ikg），因此該區(qū)域孤石治理建議采取0.32水劑比。

圖6 不同水劑比破碎效果對(duì)比圖Fig.6 Comparison chart under the effect of different water cement ratios

3.3.2 布孔方式的影響

不同布孔方式的靜態(tài)破碎劑實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：（1）平行布孔條件下，裂縫橫向貫通和縱向貫通均勻，破碎后巖塊體積均勻；梅花布孔條件下，裂縫貫通效果較差，破碎形成巖塊體積大小不一（圖5g、圖5h）。（2）梅花布孔條件下，裂隙貫通時(shí)間、破碎時(shí)間和破碎形成巖塊質(zhì)量均遠(yuǎn)大于平行布孔；而用劑量梅花布孔稍小于平行布孔（圖7）。鑒于平行布孔可以預(yù)期破碎過程裂隙貫通時(shí)間和破碎時(shí)間較短，破碎后碎石最大質(zhì)量便于人工清理，因此該區(qū)域孤石治理采用平行布孔的方式。

圖7 不同布孔方式實(shí)驗(yàn)對(duì)比圖Fig.7 Comparison chart under the effect of different arrangement of holes

3.3.3 間排距及抵抗線的影響

如圖8所示，不同間排距應(yīng)變靜態(tài)破碎劑實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：（1）三組應(yīng)變隨時(shí)間變化曲線都大致可以分為4個(gè)階段：膨脹力初期變化小，加之巖體強(qiáng)度較大，應(yīng)變緩慢增長(zhǎng)階段；隨著膨脹劑水分蒸發(fā)，膨脹力增大，貼于巖石表面的應(yīng)變片應(yīng)變迅速增長(zhǎng)階段；當(dāng)變形過大產(chǎn)生裂隙后裂隙互相擠壓后應(yīng)變回落階段；應(yīng)變最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，呈一條直線，應(yīng)變穩(wěn)定階段，此時(shí)應(yīng)變片基本失效。（2）實(shí)驗(yàn)A中應(yīng)變緩慢增長(zhǎng)階段結(jié)束點(diǎn)時(shí)間為18i120is，實(shí)驗(yàn)B為24i545is，實(shí)驗(yàn)C為25i805is，實(shí)驗(yàn)A應(yīng)變產(chǎn)生劇變所需時(shí)間最短。（3）實(shí)驗(yàn)A中應(yīng)變快速增長(zhǎng)達(dá)到峰值所用時(shí)間為24i420is，實(shí)驗(yàn)B為29i045is，實(shí)驗(yàn)C為31i560is，實(shí)驗(yàn)A試塊達(dá)到應(yīng)變峰值（即破壞最大）點(diǎn)所需時(shí)間最短。（4）實(shí)驗(yàn)A試塊完全破壞后巖塊重量最大為8.4ikg，相較于實(shí)驗(yàn)B最大巖塊質(zhì)量15.5ikg和實(shí)驗(yàn)C最大巖塊質(zhì)量22.5ikg，實(shí)驗(yàn)A破碎效果最好。鑒于實(shí)驗(yàn)A方案破壞時(shí)間短，破壞形成碎石質(zhì)量小，便于人工清理。因此該區(qū)域落石治理破碎劑建議采取間排距和抵抗線20icm的布置形式。

圖8 不同間排距和抵抗線應(yīng)變變化圖Fig.8 Strain curves under different row spacing

4 結(jié) 論

（1）薄層狀變質(zhì)砂巖風(fēng)化內(nèi)凹的臨空面、巖層層面與兩組節(jié)理組合切割巨厚層砂巖失穩(wěn)后堆積于坡面形成賀蘭口巖畫保護(hù)區(qū)落石主要來源。

（2）根據(jù)34處孤石所處位置、形狀特征、體積和失穩(wěn)后運(yùn)動(dòng)剖面特征的實(shí)測(cè)結(jié)果，將其劃分為基巖裸露型、孤石帶型和坡面泥石流型3種不同類型。

（3）34處孤石運(yùn)動(dòng)過程與能量變化數(shù)值模擬結(jié)果顯示，失穩(wěn)后彈跳落點(diǎn)有52%～95%的概率在巖畫賦存區(qū)，所具有能量為301～8412ikJ；最終落點(diǎn)有51%～95%的概率在游客棧道，所具有能量為299～7698ikJ。

（4）現(xiàn)場(chǎng)靜態(tài)破碎實(shí)驗(yàn)與應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，水劑比為0.32、平行布孔、間排距20icm和抵抗線20icm布置方案為最優(yōu)，靜態(tài)破碎結(jié)合人工搬運(yùn)為巖畫保護(hù)區(qū)落石源頭治理的最佳方案。